DE69815577T2

DE69815577T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von kondensierbaren Komponenten aus einem warmen Industrieabgas

Info

Publication number: DE69815577T2
Application number: DE69815577T
Authority: DE
Inventors: Ole K. Bockman
Original assignee: UK Secretary of State for Defence; ABB Flaekt AB
Current assignee: UK Secretary of State for Defence; ABB Technology FLB AB
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2018-04-07
Also published as: NO971603L; ATE243063T1; EP0870529A1; NO971603D0; EP0870529B1; DE69815577D1; NO305227B1

Description

Die vorliegende Er findung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen kondensierbarer Komponenten aus einem warmen Industrieabgas.
Kondensierbare Komponenten enthaltende Industrieabgase entstehen besonders in Öfen zum Hartbrennen oder Backen von Kohleelektroden für elektrometallurgische Schmelzanlageverfahren. Die Bindemittel in ungebrannten Elektroden sind Teerstoffe unterschiedlicher Art, insbesondere Steinkohlen- bzw. Gasteer. Der nächstliegende Stand der Technik auf diesem Gebiet ist die US 4,702,818 ; andere, in diesem Zusammenhang weniger relevante Druckschriften sind US 5,013,336 ; US 3,992,176 ; US 4,097,251 sowie GB 1 448 369.
Beim Brennen der Elektroden werden diese Gasteere teils verbrannt und teils vergast und verlassen den Brennofen als kondensierbare Bestandteile der Abgase.
Die Teersubstanzen stellen starke Verunreinigungen dar, die auch gesundheitsschädlich sind. Sie müssen aus den Abgasen entfernt werden, bevor diese an die Atmosphäre abgelassen werden können.
Die Teersubstanzen weisen einen weiten Umfang von Komponenten auf, die ebenso große Unterschiede ihrer Kondensiertemperatur aufweisen, üblicherweise von 200°C für die schwersten bis deutlich unter 70°C für die leichtesten Komponenten.
Das Backen der Elektroden ist ein schrittweise ablaufender Prozess mit Vorwärmung der ungebrannten Elektroden. Dies hängt stark ab von den Abgastemperaturen, die üblicherweise von 250°C bis 70°C reichen. Die Abgase aus den Elektrodenbrennöfen können neben Teersubstanzen auch Staub – insbesondere Kohle- und Kokslösche – sowie verunreinigende Gase enthalten.
Das wirksamste und daher vorherrschende Verfahren zum Reinigen von Abgasen aus Anodenbrennöfen ist ein Trokkenprozess. Dabei wird ein Adsorptionsmittel in Pulverform dem Gas im Reaktor so zugegeben, dass ein guter Kontakt zwischen dem Gas und dem Adsorptionsmittel entsteht. Durch geeignete Wahl des Adsorptionsmittels lassen die Teersubstanzen in Gasform sowie auch andere Gase sich gut adsorbieren. Danach werden das Adsorptionsmittel, der Staub und der kondensierte Aerosol-Teer vom Abgas in einem Sackfilter getrennt.
Damit der Reinigungsprozess gegenüber dem Teer wirksam ist, muss das Abgas jedoch gekühlt werden. Bei niedrigen Temperaturen wird kondensierter Aerosol-Teer am leichtesten abgetrennt; auch gasförmige Komponenten werden so am leichtesten adsorbiert. Zu niedrige Temperaturen sind jedoch unerwünscht, zieht man die Säurekondensation in der Reinigungsanlage in Betracht.
Die Soll-Gastemperatur nach dem Kühlen beträgt üblicherweise 70°C.
Das Abkühlen des Abgases ist problematisch, da die Teersubstanzen auf den Kühlflächen kondensieren. Das Problem wird auf unterschiedliche Weise – abhängig von der Zusammensetzung des Abgases – gelöst.
Es werden zum Backen von Kohleelektroden hauptsächlich zwei verschiedene Ofenarten eingesetzt. Die Abgase haben entsprechend unterschiedliche Zusammensetzungen. Abgase aus dem so genannten geschlossenen Ofen haben einen hohen Anteil an nicht verbranntem verdampftem Teer und enthalten wenig Staub. Ein derartiges Abgas wird in Wasserrohrkühlern mit vorzugsweise vertikalen Kühlrohren abgekühlt, da der auf den Kühlrohren kondensierte Teer eine so niedrige Viskosität hat, dass er im wesentlichen an den Rohren herab fließt und unten von ihnen abtropft.
Abgase aus so genannten offenen Öfen lassen sich auf diese Weise nicht abkühlen. Sie enthalten teilverbrannte, schwere Teerkomponenten und einen verhältnismäßig hohen Staubanteil. Der Belag, den diese Bestandteile und der Staub zurücklassen, ist dick und klebrig und tropft nicht ab. Ein dicker Belag baut sich auf, der die Kühlflächen zunehmend und schließlich vollständig isoliert.
Um dieses Abgas zu kühlen, werden daher große Kühltürme eingesetzt, in denen das Abgas durch direktes Einspritzen von Wasser durch feine Hochdruckdüsen gekühlt wird. Durch Verdampfen des Wassers wird das Abgas gekühlt; es ist jedoch eine lange Verweilzeit im Turm erforderlich. Derartige Türme sind daher groß und teuer. Erfahrungsgemäß treten oft Betriebsprobleme mit einer unvollstän digen Verdampfung der Tröpfchen auf, die zu Korrosion führen, wo sie auf die Wandungen im Turm auftreffen, sowie mit Bodennässe mit Korrosion und mit dem Ablassen von Säure und Teer enthaltendem Schlamm auf.
Mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach vorliegender Erfindung wird ein Abkühlen der erwähnten Abgasart aus offenen Elektrodenbrennöfen mit indirekten Kühlern ohne Rillen des Belages auf den Kühlflächen möglich, so dass man ein Isolieren diese Flächen vermeidet. Gleichzeitig wird das Abgas von kondensierbaren Komponenten durch Adsorption gereinigt. Dies erfolgt durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit den in den Ansprüchen angegebenen Merkmalen. Weiterhin fasst die vorliegende Erfindung den Gaskühler mit dem Reaktor im folgenden Reinigungsprozess nach dem Strand der Technik zusammen.
Das Adsorptionsmittel in diesem Reinigungsprozess ist gewöhnlich Kokslösche oder Aluminiumoxid. Letzterem liegt zu Grunde, dass die Aluminiumindustrie der größte Verbraucher von vorgebackenen Elektroden in der Elektrometallurgie Industrie ist. Die vorgebackenen Anoden wirken in Aluminiumschmelzöfen als Reduktionsmittel und Vorbrenner im Reduktionsprozess. Größere Aluminiumwerke haben eigene Anodenfabriken, die derartige Anoden kontinuierlich produzieren. Aluminiumoxid hat eine erhebliche Adsorptionsfähigkeit für Teersubstanzen. Verbrauchtes und verteertes Oxid lässt sich als Rohstoff in der Aluminiumproduktion einsetzen. Die Teersubstanzen werden in den Aluminiumöfen verbrannt.
Wie oben erwähnt, kann im Reinigungsprozess Kokslösche als Adsorptionsmittel eingesetzt werden. Teerhaltige Kokslösche ist als Rohstoff in der Elektrodenproduktion einsetzbar.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der einzigen Figur beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen vertikalen Rohrkühler 1 für Abgas, der eine Anzahl paralleler vertikaler, normalerweise aber nicht notwendigerweise rohrförmiger Kanäle 2 enthält, durch die das Gas von unten nach oben strömt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Rohre vom Kühlmittel 3 im Blechmantel 4 des Kühlers 1 umgeben. Eine externe Kühlung bspw. mit Luft ist ebenfalls möglich.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Kühlmittel durch den Rohrkühler im einem geschlossenen Umlauf gehalten, der einen Flüssigkühler 5 als sekundären Kühler, eine Pumpe 6 sowie einen Bypass 7 für die Kühlregelung mittels eines Ventils 9 im Hauptkreis sowie ein Bypassventil 10 enthält. Dies ist notwendig, da die Temperatur des Abgases und daher der Kühlbedarf sich ändern können. Der direkte Einsatz von durch den Rohrkühler strömendem Kühlwasser ist ebenfalls möglich.
Das Adsorptionsmittel in Form eines Pulvers wird dem Abgas mittels einer Einspritzeinrichtung 8 vor dem Kühlerzulauf zugeführt und mit ihm gemischt und mit dem Abgas an die Rohre heraufgeführt. Das Gas wird in den Rohröffnungen stark beschleunigt und danach beim Hinaufströmen durch die Rohre verlangsamt, während es durch die Berührung mit den gekühlten Rohrwänden gekühlt wird. Diese beiden Einflüsse ergeben zwischen dem Gas und dem Adsorptionsmittel eine Relativgeschwindigkeit und einen guten Kontakt derart, dass Teersubstanzen und möglicherweise auch andere adsorbierbare gasförmige Verunreinigungen wirksam adsorbiert werden.
Das Adsorptionsmittel, sowohl Kokslösche wie auch Aluminiumoxid, ist ein hartes Material mit Schleifeigenschaften. Wenn das Adsorptionsmittel durch die Rohre im Kühler aufwärts strömt, schleift es den klebrigen Belag aus schwerem Teer und Staub beim Absetzen auf den Rohrwänden weg; diese werden also sauber gehalten werden oder der Belag bleibt so dünn, dass der Wärmeübergang zwischen dem heißen Gas und den kühlen Rohrwänden nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Dadurch erreicht man auch das nötige Kühlen des Gases durch das Durchströmen des Kühlers.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kanäle 2 aus normalem Stahlrohr hergestellt. Der Belag aus schwerem Teer und Staub, der vom Adsorptionsmittel abgeschliffen werden soll, ist im Verhältnis zu Stahl weich; die Adsorptionsmittel, sowohl Kokslösche als auch Aluminiumoxid, sind jedoch hart genug, um den Stahl abzuschleifen, sofern die Geschwindigkeit hoch genug ist. Daher ist der Kühlerreaktor so zu bemessen, dass die Geschwindigkeit des Gases und des Adsorptionsmittels ausreicht, um den sich bildenden Belag abzuschleifen, aber nicht so hoch ist, dass auch die Stahloberflächen abgetragen werden. Geeignete Gasgeschwindigkeiten finden sich im Bereich von 18–36 m/s in den Rohren, abhängig von der Art und Qualität des Adsorptionsmittels.
Mit dem erfindungsgemäßen kombinierten Kühler-Reaktor erzielt man erhebliche Vorteile besonders hinsichtlich der Kosten der Anlage, da die neuartige Lösung sich mit erheblich niedrigerem Investitionsaufwand erstellen lässt als ein Kühlturm mit angeschlossenem Reaktor.

Claims

Verfahren zum Entfernen von kondesierbaren Komponenten aus einem warmen imdustriellen Abgas von Öfen für ein Hartbrennen oder Backen von Kohlenstoffelektroden für elektrometallurgische Schmelzanlageverfahren durch Vermischung eines Adsorptionsmittels für die kondensierbaren Komponenten in der Form eines Pulvermaterials in die Strömung des Abgases, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Vermischung vor einem Kühler (1) in solcher Art und Weise durchgeführt wird, dass das Material zusammen mit dem Abgas durch Gaskanäle (2) des Kühlers (1) hindurchströmt, die von einem Kühlungsmedium (3) umgeben sind, wodurch das Pulvermaterial die kühlenden Wände der Gaskanäle säubert.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Kokslösche und/oder Aluminiumoxiden als Adsorptionsmittel.
Vorrichtung zum Entfernen von kondensierbaren Komponenten aus einem industriellen Abgas von Öfen für ein Hartbrennen oder Backen von Kohlenstoffelektroden für elektrometallurgische Schmelzanlageverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Gaskanäle (2) in einem Kühler (1) aufweist, die von einem Kühlungsmedium (3) umgeben und für eine hindurchgehende Strömung des Abgases angepasst sind, und eine Einspritzvorrichtung (8), die vor dem Eingang der Kanäle (2) angeordnet und für die Vermischung eines Adsorptionsmittels in der Ausbildung eines Pulvermaterials in die Abgasströmung angepasst ist, wodurch das Pulvermaterial die Hitze übertragenden Oberflächen des Kühlers von einer Beschichtung säubert, wenn es durch die Strömung des Abgases durch die Kanäle (2) hindurchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlungsmedium (3) in einem geschlossenen Kreislauf mit einem Flüssigkeitskühler (5), einer Pumpe (6) und einem Bypasskreislauf (7) zirkuliert wird für ein Regeln der Kühlung mittels eines Ventils (9) in dem Hauptkreislauf und eines Bypassventils (10).
Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (2) vertikal angeordnet sind und das Einspritzgerät (8), welches das Adsorptionsmittel in die Strömung eines Abgases führt, sich unterhalb des Eingangs der Gaskanäle (2) befindet.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (2) rohrförmig sind.